КОМПОНЕНТЫ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ХРОНОМЕТРИИ

Блок формирования временных интервалов функционирования технических средств хронометрии

Блок формирования временных интервалов (БФВИ) функционирования ТСХ является основным блоком, определяющим точность измерения метрологических характеристик ТСХ. Это особенно актуально для механических балансовых часов, относящихся к ТСХ. Для таких часов целесообразно, чтобы БФВИ формировал на своих выходах три электрических импульсных последовательности, длительность которых соответствовала бы временным интервалам, возникающим при функционировании часов.

Структурная схема БВФИ механических балансовых часов приведена на рисунке 5.1. В состав блока БВФИ входят следующие компоненты: 1 - пьезоэлектрический датчик; 2 - усилитель; 3 - первый детектор; 4 - усилитель - ограничитель; 5 - логический элемент «И»; 6 - ждущий мультивибратор; 7 - первый компаратор; 8 - источник опорного напряжения; 9- генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН 1); 10 - генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН 2); 11 - второй детектор; 12 - второй компаратор; 13 - первый триггер; 14 - формирователь импульсов сброса; 15- второй триггер; 16- третий триггер; 17 - четвертый триггер.

Структурная схема БФВИ механических балансовых часов

Рис. 5.1. Структурная схема БФВИ механических балансовых часов

На рисунке 5.2 представлены эпюры электрического напряжения, поясняющие принцип работы БФВИ.

и

Эпюры электрического напряжения, поясняющие принцип работы

Рис. 5.2. Эпюры электрического напряжения, поясняющие принцип работы

БФВИ

БФВИ работает следующим образом.

Шумы (звуковые пакеты), возникающие при работе анкерного спуска часового механизма, воспринимаются пьезоэлектрическим датчиком 1 (рис. 5.1), где преобразуются в электрический сигнал (рис. 5.2 а), который поступает на вход усилителя 2, имеющего автоматическую регулировку усиления. Усиленный сигнал с выхода усилителя 2 поступает одновременно на вход первого детектора 3 и на вход усилителя - ограничителя 4. С выхода первого детектора 3 продетсктированный сигнал (рис. 5.2 б) поступает на второй вход логического элемента «И» 5, и к моменту прихода на этот вход первого импульса, называемого также импульсом освобождения, на первом входе логического элемента «И» 5 устанавливается напряжение, равное уровню логической единицы. Передний фронт первого импульса приходит через логический элемент «И» 5 и поступает на первый вход первого компаратора 7, где сравнивается с опорным напряжением ?У, поступающим с выхода блока 8 на второй вход первого компаратора 7. Источник 8 опорного напряжения имеет регулировку выходного напряжения. Величина опорного напряжения выбирается из условия обеспечения максимальной помехозащищенности первого компаратора 7 в промежутках времени, между пакетами импульсов возникающих при функционировании часового механизма и принимается равной:

иоп =(0,15-0,2)11вх макс >

где ивх макс - максимальная амплитуда первого импульса.

В момент сравнения переднего фронта этого импульса с опорным напряжением, на выходе первого компаратора 7 появляется импульс, запускающий ждущий мультивибратор 6, генераторы 9 и 10 линейно изменяющегося напряжения по первым входам, и опрокидывающий второй триггер 15 по первому входу. Второй триггер 15 опрокидывается и фиксирует начало формирования временного интервала между первым и третьим импульсами, возникающими при функционировании часового механизма. На выходе ждущего мультивибратора 6 появляется импульс напряжения, равный уровню логического «0», который, воздействуя на первый вход логического элемента «И» 5, запрещает дальнейшее прохождение остальных импульсов на первый вход первого компаратора 7. Длительность импульса ждущего мультивибратора 6 выбирается немного меньше полупериода колебания баланса часов (рис. 5.2 в) и надежно блокирует первый вход первого компаратора 7 от прохождения на него остальных импульсов и ложных импульсов, которые могут возникнуть между импульсами звуковых пакетов. Ждущий мультивибратор 6 представляет собой стандартный блок, запуск которого осуществляется передним фронтом положительного импульса, поступающего с выхода первого компаратора 7.

Одновременно с запуском ждущего мультивибратора 6 и опрокидыванием второго триггера 15 импульс с выхода первого компаратора 7 запускает по первому входу первый генератор (ГЛИН 1) 9 и по первому ходу второй генератор (ГЛИН 2) 10. Генератор (ГЛИН 1) 9 вырабатывает на выходе линейно нарастающее пилообразное напряжение, которое поступает на второй вход усилителя-ограничителя 4.

Таким образом, на выходе ГЛИН 1 генерируется положительное линейно нарастающее пилообразное напряжение, угол наклона которого может варьироваться в широких пределах изменением параметров самого генератора. Угол наклона выбирается из условия, чтобы при минимальном временном интервале между первым и третьим импульсами значение амплитуды пилообразного напряжения в конце временного интервала / (рис. 5.2 а) было равно среднему значению амплитуды третьего импульса. При поступлении линейно нарастающего пилообразного напряжения на второй вход усилителя ограничителя 4 на его первый вход поступает сигнал с выхода усилителя 2. На выходе усилителя - ограничителя 4 формируется ограниченный по линейно нарастаю-щему напряжению сигнал (рис. 5.2 б). Введение в устройство усилителя - ограничителя 4 обусловлено необходимостью разнести по амплитуде импульсы, возникающие при функционировании часового механизма. Амплитуда второго импульса, называемого также импульсом шума, в ряде случаев превосходит по амплитуде третий импульс, и задача выделения временного интервала между первым и третьим импульсами значительно усложняется. Введение усилителя - ограничителя 4 в БФВИ значительно упрощает задачу, поскольку в этом случае амплитуда второго импульса заведомо меньше амплитуды третьего импульса, так как в момент появления второго импульса ограничивающее (пилообразное) напряжение меньше по величине этого импульса. С выхода усилителя - ограничителя 4 ограниченные по амплитуде линейно нарастающим напряжением импульсы поступают на вход второго детектора 11. Детектор 11 построен аналогично первому детектору 3. На выходе детектора 11 продетектированный сигнал, состоящий из ограниченных по амплитуде импульсов, поступает на второй вход второго компаратора 12. На первый вход второго компаратора 12 поступает линейно убывающее пилообразное напряжение с выхода генератора (ГЛИН 2) 10. Запуск (ГЛИН 2) 10 осуществляется синхронно с запуском генератора (ГЛИН 1) 9 положительным импульсом, поступающим с выхода первого компаратора 7. Генератор (ГЛИН 2) 10 построен аналогично генератору 9 с добавлением к нему инвертирующего усилителя для формирования линейно убывающего напряжения. Запуск генератора (ГЛИН 2) 10 и его сброс происходит по такому же алгоритму, как и для генератора (ГЛИН 1) 9. Угол наклона линейно убывающего напряжения на выходе генератора (ГЛИН 2) 10 также варьируется изменением его параметров.

Начало появления продетектированных импульсов на втором входе второго компаратора 12 совпадает по времени с началом появления линейно убывающего напряжения на первом входе компаратора 12. Поэтому при выборе определенного угла наклона линейно убывающего напряжения момент превышения продетектированных импульсов хода часов с выхода детектора 11 над линейно убывающим напряжением с выхода генератора (ГЛИН 2) 10 приходится на начало (передний фронт) третьего импульса. Этот момент фиксируется вторым компаратором 12, который вырабатывает на своем выходе положительный импульс напряжения. Таким образом, пороговое напряжение на первом входе второго компаратора 12, изменяясь по закону линейно убывающего напряжения, намного превосходит амплитуду импульсов в промежутке между первым и третьим импульсами и срабатывание компаратора 12 в этот промежуток времени не происходит, т.е. импульсы в интервале времени между первым и третьим импульсом блокируются.

Угол наклона линейно убывающего напряжения с выхода генератора (ГЛИН 2) 10 регулируется в широких пределах и легко выбирается из условия выделения третьего импульса на основе анализа статистических данных о временных интервалах, возникающих при функционировании часов различных типов. Положительный импульс напряжения с выхода компаратора 12, соответствующий переднему фронту третьего импульса, поступает на первый вход первого триггера 13 и опрокидывает его. Возникший перепад напряжения на выходе первого триггера 13 (из состояния логической «1» в состояние логического «О»), воздействуя на второй вход второго триггера 15 возвращает его в исходное состояние. Таким образом, на выходе второго триггера 15 формируется временной интервал между первым и третьим импульсами (рис. 5.2 г). Перепад напряжения на выходе первого триггера 13 поступает также на вход формирователя импульсов сброса 14. На выходе формирователя импульсов сброса 14 формируется короткий отрицательный импульс, который поступает на вторые входы генератора (ГЛИН 1) 9 и генератора (ГЛИН 2) 10 и сбрасывает напряжение на выходе генератора 9 до нуля, а на выходе генератора 10- до максимального значения. При возвращении первого триггера 13 в исходное состояние (из состояния логической «1» в состояние логического «0») перепад напряжения на его выходе, воздействуя на второй вход второго триггера 15, возвращает его в исходное состояние. После этого устройство сразу же готово к формированию нового временного интервала между первым и третьим импульсами, минуя фазу адаптации. Кроме того, поскольку момент сравнения продетектированных импульсов хода часов и линейно убывающего напряжения приходится на передний фронт третьего импульса, то срабатывание компаратора 12, а вместе с ним и опрокидывание триггера 15 полностью исключается. Это обусловлено тем, что на первом входе компаратора 12 после его срабатывания появляется сразу же высокий положительный потенциал, поступающий с выхода генератора (ГЛИН 2) 10. Триггеры 13 и 15 представляют собой стандартные Э-триггеры.

Таким образом, на выходе триггера 15 формируется прямоугольный импульс длительностью, равной временному интервалу между первым и третьим импульсами (рис. 5.2 г).

Прямоугольный импульс с выхода второго триггера 15 (рис. 5.2 г) поступает на вход третьего триггера 16. Третий триггер 16 опрокидывается передним фронтом этого импульса и возвращается в исходное состояние передним фронтом следующего прямоугольного импульса, на выходе третьего триггера 16 формируется прямоугольный импульс длительностью, равной половине периода колебания баланса часов (рис. 5.2 д). Прямоугольный импульс с выхода триггера 16 поступает на вход четвертого триггера 17 и передним фронтом опрокидывает его, триггер 17 возвращается в исходное состояние передним фронтом следующего прямоугольного импульса. На выходе триггера 17 формируется прямоугольный импульс длительностью, равной периоду колебания баланса часов (рис. 5.2 е).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >